DE19718814C2

DE19718814C2 - Method and device for power control of electrical consumers connected to an AC supply network

Info

Publication number: DE19718814C2
Application number: DE19718814A
Authority: DE
Inventors: Detlev Schulz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-05
Filing date: 1997-05-05
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2017-05-06
Also published as: DE19718814A1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Lei stungssteuerung von an ein Wechselspannungs-Versor gungsnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. von einer Vorrichtung zur Leistungssteuerung von elektrischen Verbrauchern zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The invention is based on a method for Lei power control from to an AC power supply connected electrical consumers according to the preamble of claim 1 or one Device for power control of electrical Consumers to perform this procedure the preamble of claim 5.

Vorrichtungen zur Leistungssteuerung von elektrischen Verbrauchern, die an eine Wechselspannung, üblicherwei se die Netzspannung angeschlossen sind, sind in vielfältiger Form bekannt und umfassen zumeist eine Phasenanschnittschaltung, durch welche sich der Zündwinkel der dem Verbraucher zugeführten elektrischen Wechselgröße in gewünschter Weise verstellen läßt, wodurch die zugeführte Leistung geregelt werden kann.Devices for power control of electrical Consumers who are connected to an AC voltage, usually se the mains voltage are in known in many forms and mostly include one Phase control circuit through which the Firing angle of the electrical supplied to the consumer Change size can be adjusted in the desired manner, whereby the power supplied can be regulated.

Bekannt sind solche Phasenanschnittsteuerungen bei spielsweise aus der DE 33 03 126 C2, die eine Vor richtung zur Einschaltstrombegrenzung bei einer mit einer Phasenanschnittsteuerschaltung versehenen Motorsteuerung für den Antriebsmotor eines Staubsaugers betrifft, sowie beispielsweise aus der DE 43 27 070 C1, in welcher eine Vorrichtung zur Regelung der Leistungs aufnahme eines Staubsaugers beschrieben ist, bei welcher über eine Phasenanschnittschaltung die dem den Staubsauger antreibenden Elektromotor zugeführte Wechselspannung auf einen solchen Wert geregelt wird, daß dieser dem Effektivwert der Motorspannung ent spricht. Die dabei jeweils verwendeten Phasenanschnitt- Steuerschaltungen enthalten üblicherweise einen Triac, der in Reihe mit dem elektrischen Verbraucher, in diesem Falle also Elektromotor, ans Netz geschaltet ist und den Elektromotor mit einer lückenden (Sinus)Span nung versorgt, je nach gewünschter Leistung. Such phase gating controls are known for example from DE 33 03 126 C2, the one before direction for inrush current limitation with a a phase control circuit Motor control for the drive motor of a vacuum cleaner relates, and for example from DE 43 27 070 C1, in which a device for regulating the power Recording a vacuum cleaner is described in which via a phase control circuit which the Electric motor driving the vacuum cleaner AC voltage is regulated to such a value that this corresponds to the effective value of the motor voltage speaks. The phase gating used in each case Control circuits usually contain a triac, the one in line with the electrical consumer, in in this case, the electric motor is connected to the network and the electric motor with a gaping (sine) span supply, depending on the desired performance.

Bekannt ist es ferner (DE 40 19 829 A1), einen zur Phasenanschnittsteuerung verwendeten Triac auch durch ein anderes elektronisches Schaltelement, nämlich eine Dioden-Gleichrichterbrücke mit gesteuerter Schaltelek tronik im Querzweig, zu ersetzen, so daß man zu einer Wechselstrom-Leistungssteuervorrichtung mit besonders kurzen Schaltzeiten zur Realisierung eines Kurzschluß- und Überlastungsschutzes gelangt. It is also known (DE 40 19 829 A1), one for Triac control also used through a another electronic switching element, namely one Diode rectifier bridge with controlled switching electronics tronics in the cross branch, to replace, so that one becomes a AC power control device with special short switching times to implement a short-circuit and overload protection.

Geht man von einer aus diskreten Bauelementen aufgebau ten Schaltung für den Phasenanschnitt aus, wobei hier allerdings beliebig hoch integrierte Realisierungs möglichkeiten bis zur reinen Mikroprozessorsteuerung denkbar und möglich sind, dann umfaßt die Phasen anschnittsteuerung im Ansteuerkreis für den Triac einen üblicherweise als Potentiometer oder Trimmer einstell baren Widerstand sowie einen Ladekondensator zur Zündung des Triacs je nach eingestelltem Widerstand, so daß durch entsprechende Verschiebung des Zündwinkels praktisch beliebige Zwischenleistungen bis zum Voll winkel auf Wunsch abrufbar sind.If you start from a made up of discrete components th circuit for the leading edge, from here however, any highly integrated implementation Possibilities up to the pure microprocessor control are conceivable and possible, then include the phases Gate control in the control circuit for the triac one usually set as a potentiometer or trimmer ed resistance and a charging capacitor Ignition of the triac depending on the resistance set, see above that by shifting the ignition angle accordingly practically any intermediate services up to full angles are available on request.

Ein sich stets ergebendes und seit kurzem verstärkt in den Blickwinkel gelangtes Problem bei solchen Phasen anschnittschaltungen besteht aber darin, daß auch bei vergleichsweise geringen Lasten dann, wenn diese im wesentlichen ohm'sch reagieren, aber auch allgemein bei immer höher ausgelegten möglichen Maximalleistungen des elektrischen Verbrauchers - wobei im folgenden zum besseren Verständnis auf die Leistung eines elek trischen Heizgerätes beispielsweise abgestellt werden soll, obwohl es sich versteht, daß die Erfindung auf jeden beliebigen elektrischen Verbraucher anwendbar ist -eine Grenze mit Bezug auf die vom Verbraucher ein schließlich seiner Steuerschaltung insgesamt erzeugten Oberwellen vorgegeben oder als nicht mehr akzeptabel angesehen wird. Diese Grenze läßt sich durch einfache Mittel nicht überwinden.An always emerging and recently strengthened in problem in such phases gating circuits is that also at comparatively low loads if these in react essentially ohmic, but also generally possible higher performances of the electrical consumer - in the following better understanding of the performance of an elek trical heater can be turned off, for example is intended, although it is understood that the invention on any electrical consumer is applicable -a limit with respect to that set by the consumer finally generated its control circuit as a whole Harmonics predefined or no longer acceptable is seen. This limit can be solved by simple Don't overcome funds.

Allgemein entstehen Oberwellen immer dann, wenn zwischen Strom und Spannung keine Proportionalität besteht, wobei bei der Leistungssteuerung eines elektrischen Universalmotors zunächst Oberwellen hauptsächlich als ungeradzahlige Harmonische entstehen, die in erster Näherung auf die quadratische Abhängig keit zwischen Strom und Spannung zurückzuführen sind. Oberwellen entstehen aber auch und insbesondere durch die Phasenanschnittsteuerung selbst, die im übrigen besonders dann stark ausgeprägt sind, wenn sich der Zündwinkel bei etwa 90° befindet, wenn also durch entsprechende Zündung die Stromdurchlässigkeit des Reihentriacs in etwa in der Mitte der jeweiligen Halbwelle erfolgt.In general, harmonics occur whenever no proportionality between current and voltage exists, with a electric universal motor initially harmonics mainly arise as odd harmonics, which in the first approximation depends on the quadratic between current and voltage. However, harmonics also and particularly arise from the phase control itself, the rest are particularly pronounced when the Firing angle is around 90 °, so when through appropriate ignition the current permeability of the Row triacs roughly in the middle of each Half wave occurs.

Insbesondere beim Schalten von ohmschen Lasten mit Triacs an Wechselspannungsnetzen entstehen durch die kurzen Schaltzeiten der heute gebräuchlichen und im übrigen auch nur noch erhältlichen Triacs sehr steile Stromanstiege, was zu erheblichen Oberwellenanteilen führt, wie eine Fourier-Analyse erkennen läßt. Als beispielhaft kann hierbei etwa von folgenden numeri schen Werten ausgegangen werden, wobei es sich ver steht, daß die Erfindung durch diese Angaben nicht eingeschränkt wird. Bei typischen Triac-Schaltzeiten von 5 µsec und Lastströmen von beispielsweise schon zwischen 10 und 15 Ampere ergeben sich Stromanstiege von mehr als 2,5 Ampere/µsec. Dies verursacht gerade im Bereich von 100 bis 300 kHz hohe Störpegel, die selbst bei Lasten von nur ca. 500 Watt schon über erlaubten Grenzen liegen.Especially when switching ohmic loads with Triacs on AC networks are created by the short switching times of today's common and in other very steep triacs that are still available Current increases, leading to significant harmonic components leads, as a Fourier analysis shows. As the following numerical examples can be used as examples values are assumed, whereby ver stands that the invention is not by this information is restricted. With typical triac switching times of 5 µsec and load currents of, for example between 10 and 15 amps there are current increases of more than 2.5 amperes / µsec. This is precisely what causes Range from 100 to 300 kHz high noise levels, the self already allowed at loads of only approx. 500 watts There are limits.

Üblicherweise sind solche erwähnten Grenzen des zulässigen Oberwellengehalts durch staatlich regulierte Vorschriften festgelegt oder werden demnächst in entsprechende Vorschriften eingebracht. So ist der Oberwellenbereich für den europäischen Bereich durch die sogenannte EMV-Norm repräsentiert, die insofern insbesondere auch den Betrieb ohmscher Lasten in Verbindung mit Phasenanschnittsteuerungen einengt. Usually, such limits mentioned are permissible harmonic content by state regulated Regulations are set or will be in the near future appropriate regulations introduced. That's the way it is Harmonic range for the European range the so-called EMC standard represents that especially the operation of ohmic loads in Connection with leading edge controls is restricted.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, durch eine Verlangsamung des Stromanstiegs bei üblichen Phasen anschnittsteuerungen die Oberwellen-Strompegel ent scheidend zu reduzieren.The invention is based on the finding of a Slowdown in current rise during normal phases gate controls ent the harmonic current level ent to reduce by divorce.

An sich können sich hier folgende, auch für sich gesehen bekannte Möglichkeiten anbieten, indem man beispielsweise entsprechend langsame Triacs verwendet, die jedoch aus der Halbleiter-technologischen Sicht schwieriger herzustellen und zur Zeit auch nicht verfügbar sind.In itself, the following can be used here, also for themselves seen known opportunities by for example, use correspondingly slow triacs, which, however, from a semiconductor technology perspective more difficult to manufacture and currently not Are available.

Auch der Einbau einer Induktivität, die entsprechende Stromanstiege deutlich verlangsamen könnte, verbietet sich aufgrund der hier erforderlichen hohen Kosten nicht alleine wegen der erheblichen Masse der erforder lichen Spulen, sondern auch mit Bezug auf den erforder lichen Platz und das Gewicht der Induktivitäten, da bei Strömen bis zu ca. 16 Ampere, ohne daß die Induktivität in die Sättigung gelangt, Spulengrößen von mehr als <1 mH erforderlich sind. Schließlich könnte man anstelle einer einzigen zu schaltenden ohmschen Last eine größere Anzahl sukzessive nacheinander einzuschal tender Teillasten zugrunde legen, was aber ebenfalls viel Kosten und Platz benötigt, da für jede Last ein Triac erforderlich ist, mit entsprechend hohem Monta geaufwand. Auch der Einsatz von Filtern und sonstigen Abschirmmaßnahmen, um die entstandenen Oberwellen nicht ins Netz gelangen zu lassen, stellt sich als teuer und aufwendig und nur für Kleinlasten als sinnvoll heraus.The installation of an inductor, too Electricity increases could slow down significantly, prohibits themselves due to the high costs required here not just because of the substantial mass of required coils, but also with regard to the required Lich space and the weight of the inductors, because at Currents up to about 16 amps without losing the inductance reaches saturation, coil sizes greater than <1 mH are required. After all, you could instead of a single resistive load to be switched to successively formwork a larger number based on partial tender loads, but also what much cost and space needed as for each load Triac is required with a correspondingly high monta effort. The use of filters and others Shielding measures to avoid the harmonics created Getting it online turns out to be expensive and complex and only sensible for small loads.

Ausgehend von der eingangs genannten Erkenntnis liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Phasenanschnittsteuerung für elektrische Verbraucher, insbesondere wenn diese bei geringerer Leistung als ohmsche Last reagieren, dafür zu sorgen, daß sich die bei der Phasenanschnittsteuerung entwickelnden Oberwel len sich innerhalb noch akzeptierbarer bzw. zugelasse ner Grenzen halten.Based on the knowledge mentioned at the beginning therefore the object of the invention, at a Leading edge control for electrical consumers, especially if this with less power than react ohmic load to ensure that the Oberwel developing in the phase control are within acceptable or approved hold limits.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lösen die genannte Aufgabe jeweils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 und haben den Vorteil, daß bei nur sehr geringem zusätzli chen Schaltungsaufwand eine zuverlässige Möglichkeit an die Hand gegeben wird, bei elektrischen Verbrauchern, insbesondere ohmsche Verbraucher Leistung den Oberwel lengehalt, der durch zugeordnete Phasenanschnitt steuerungen erzeugt wird, erheblich zu reduzieren und sicher innerhalb vorgegebener oder vorgeschriebener Grenzwerte zu halten.The inventive method and the inventive Device solve the stated task with each Features of claim 1 and claim 5 and have the advantage that with very little additional Chen circuitry a reliable option is shaken by electrical consumers, especially ohmic consumer performance the Oberwel lenght, which is due to the assigned leading edge controls is generated, significantly reduced and safely within given or prescribed Keep limit values.

Dabei ergeben sich trotz des verlangsamten Strom anstiegs zur Reduzierung des Oberwellengehalts im praktischen Gebrauch, also bei der Verwendung einer solchen Phasenanschnittsteuerung keine funktionellen Nachteile, denn bei üblichen Netzfrequenzen von beispielsweise 50 oder 60 Hz beträgt, wenn man auch hier numerische Werte zugrunde legen will, die Dauer einer Halbwelle 10 msec, während der kontrolliert langsame Einschaltstromanstieg entsprechend vorliegen der Erfindung im Bereich zwischen ca. 100 bis 200 µsec üblicherweise gehalten wird. Dies ist zwar, verglichen mit den ansonsten sehr steilen Flanken bei der Triac- Anschaltung von ca. 5 µsec deutlich, nämlich um mehr als eine Größenordnung länger, ist aber, verglichen mit der gesamten Halbwellendauer ohne größere Bedeutung, insbesondere auch deshalb nicht, weil es ja möglich ist, den langsameren Einschaltstromanstieg in die Zeitsteuerungsparameter der Phasenanschnittsteuerung einzubeziehen.This results in spite of the slowed current increase to reduce the harmonic content in the practical use, i.e. when using a no such functional phase control Disadvantages, because with usual network frequencies of for example 50 or 60 Hz, if one too want to use numerical values here, the duration a half-wave 10 msec, during the controlled slow inrush current rise accordingly the invention in the range between about 100 to 200 microseconds is usually held. While this is compared with the otherwise very steep flanks on the triac Activation of approx. 5 µsec clearly, namely by more longer than an order of magnitude, but is, compared to the entire half-wave duration without major importance, especially not because it is possible is the slower inrush current rise in the Timing parameters of the leading edge control to involve.

Im Normalfall benötigt daher eine gemäß erfindungs gemäßen Merkmalen ausgestaltete Phasenanschnittsteuer schaltung lediglich einen zusätzlichen Transistor, der in seinem eigenen Steuerkreis so ausgebildet ist, daß er bei Triggerung durch die Gerätesteuerung bei zunächst noch gesperrtem Triac mit kontrollierter Einschaltflanke hoch fährt, bis ein Maximalwert oder der Endwert des zu diesem Einschaltwinkel möglichen Laststroms erreicht ist, woraufhin auf den Triac umgeschaltet wird, der dann den Laststrom in der jeweiligen Halbwelle übernimmt, und zwar allein schon aufgrund seiner niedrigeren Sättigungsspannung, verglichen mit dem parallel geschalteten Transistor.In the normal case therefore requires a fiction phase control tax designed according to features circuit only an additional transistor, the is trained in its own tax group so that when triggered by the device control initially locked triac with controlled Switch-on edge moves up until a maximum value or the final value of the possible at this switch-on angle Load current is reached, whereupon on the triac is switched, which then the load current in the takes over each half-wave, and that alone due to its lower saturation voltage, compared to the transistor connected in parallel.

Es empfiehlt sich, sofort an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß das in der Zeichnung dargestellte, die Erfindung anhand diskreter Schaltstufen oder in ihrer Wirkungsweise angegebene Blockschaltbild sowie das die Erfindung anhand diskreter Schaltungselemente im größeren Detail beschreibende Ausführungsbeispiel die Erfindung nicht beschränkt, sondern insbesondere dazu dient, die funktionellen Grundwirkungen der Erfindung zu veranschaulichen und spezielle Funktionsabläufe in einer möglichen Realisierungsform anzugeben. Es versteht sich, daß die einzelnen Bausteine, Blöcke und diskreten Schaltungselemente in analoger, digitaler oder auch hybrider Technik aufgebaut sein können, oder auch, ganz oder teilweise zusammengefaßt, entsprechende Bereiche von programmgesteuerten digitalen Systemen, beispielsweise also Mikroprozessoren, Einzweckrechnern, digitalen oder analogen Logikschaltungen u. dgl. umfassen und bilden können. Die im folgenden angegebene Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist daher lediglich bezüglich des funktionel len Gesamt- und Zeitablaufs, der durch die jeweiligen Blöcke und Schaltungselemente erzielten Wirkungsweise und bezüglich des jeweiligen Zusammenwirkens der durch die einzelnen Komponenten dargestellten Teilfunktionen zu verstehen, wobei Hinweise auf die einzelnen Schal tungselemente lediglich aus Gründen eines besseren Verständnisses erfolgen und nicht einschränkend zu verstehen sind.It is recommended to immediately click on it at this point point out that the shown in the drawing, the Invention based on discrete switching stages or in their Mode of operation specified block diagram as well as the Invention based on discrete circuit elements in larger detail descriptive embodiment Invention not limited, but in particular to it serves the basic functional effects of the invention to illustrate and special functional processes in specify a possible form of implementation. It is understood that the individual blocks, blocks and discrete circuit elements in analog, digital or hybrid technology can be built, or also, in whole or in part, corresponding Areas of program-controlled digital systems, for example, microprocessors, single-purpose computers, digital or analog logic circuits u. the like include and can form. The one given below Description of the preferred embodiment of the The invention is therefore only functional len overall and timing, which by the respective Blocks and circuit elements worked and with regard to the respective interaction of the through the individual components shown sub-functions understand, taking notes on each scarf tion elements only for the sake of a better one Understanding and not restrictive are understand.

Dabei stellen die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen vorteilhafte Weiterbildungen und Verbes serungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung dar. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des parallelen Transistors zum Triac als Darlington-Transistor, der über eine Diodenbrücke, und daher in beide Richtungen schaltend, zum Triac-Element parallel liegt.In doing so, make those listed in the subclaims Measures advantageous further training and verb representations of the invention specified in claim 1. The formation of the parallel is particularly advantageous Transistors to the triac as a Darlington transistor that over a diode bridge, and therefore in both directions switching, is parallel to the triac element.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing and are shown in the following Description explained in more detail. Show it:

Fig. 1 in Form eines Blockschaltbilds vereinfacht den grundsätzlichen Aufbau eines Ausfüh rungsbeispiels einer Phasenanschnittsteuer schaltung für eine wirksame oberwellenredu zierte Leistungssteuerung einer an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen Last; Fig. 1 in the form of a block diagram simplifies the basic structure of an exemplary embodiment of a leading edge control circuit for an effective harmonic-reduced power control of a load connected to an AC network;

Fig. 2 in Form eines Diagramms den zeitlichen Verlauf des durch die Phasenanschnittsteue rung gesteuerten und vom Verbraucher gezoge nen Stroms, wobei die unterschiedlichen Einschaltflanken des Stromanstiegs erkennbar sind, und Fig. 2 in the form of a diagram of the time course of the controlled by the phase gating control and drawn by the consumer NEN current, the different switch-on edges of the current rise are recognizable, and

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in detaillierterer Darstellung. Fig. 3 shows an embodiment of the invention in more detail.

Description of the embodiments

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, mittels eines zum üblichen Triac parallel liegenden, üblicher weise elektronischen Schaltungselements mit langsamerer Anstiegsflanke bei Ansteuerung oder mit gezielt gesteuertem Stromanstiegsverhalten den Einschaltstrom verlauf durch die Last zunächst (kontrolliert) gesteu ert langsam auszuführen, und zwar mit einer solchen Anstiegsflanke, daß sich, selbstverständlich bezogen auf den jeweiligen Anwendungsfall, ein noch akzeptabler Wert des erzeugten Oberwellengehalts ergibt. Anschlie ßend, also unter Vermeidung des steilen Stromanstiegs durch den ansonsten sofort aufgesteuerten Triac, übernimmt der Triac den Laststrom ganz oder zumindest zum überwiegenden Teil, wobei auch eine vollständige Abschaltung des in seiner Funktion zeitlich vorlaufen den parallelen Schaltungselements vorgenommen werden kann. Bei diesem handelt es sich zweckmäßigerweise um einen entsprechend bemessenen Leistungstransistor, der zwar mit seiner weiteren Beschaltung und einigen Steuermitteln einen zusätzlichen Platz benötigt, jedoch im Vergleich zu sonstigen Lösungen deutlich günstiger liegt bei entscheidend reduziertem Oberwellenanteil.The basic idea of the invention is by means of one more common to the usual triac wise electronic circuit element with slower Rising edge when controlled or with targeted controlled current rise behavior the inrush current first run (controlled) through the load It should be done slowly with one Rising edge that related, of course to the respective application, an even more acceptable one Value of the harmonic content generated results. Then eating, thus avoiding the steep rise in electricity through the otherwise immediately triggered triac, the triac takes over the load current completely or at least for the most part, including a full one Switching off the function in advance the parallel circuit element can be made can. This is expediently an appropriately sized power transistor, the with its further wiring and some Taxes need additional space, however compared to other solutions significantly cheaper lies with a significantly reduced harmonic content.

Entsprechend Fig. 1 ist eine übliche Grundsteuerung für die Gerätefunktion GS vorgesehen, die, üblicherweise aufgrund externer Vorgaben, feststellt, daß die Last zu einem vorgegebenen Winkel der Versorgungsspannung eingeschaltet werden muß und daraufhin ein entsprechen des Triggersignal ausgibt. Dieses Triggersignal wird für jede Halbwelle erzeugt und liegt über den Halbwel lenverlauf bezogen an beliebiger Stelle, kann also früher oder später erfolgen, je nach dem Strom, der der Last RL zugeführt werden soll. According to FIG. 1, a conventional basic control for the device function GS is provided, which, usually based on external specifications, determines that the load has to be switched on at a predetermined angle of the supply voltage and then outputs a corresponding trigger signal. This trigger signal is generated for each half-wave and is based on the half-wave course at any point, so it can be done sooner or later, depending on the current to be supplied to the load RL.

Anders als bei üblichen Phasenanschnittsteuerschaltun gen startet das von der Grundsteuerung erzeugte Triggersignal eine Rampensteuerung RS, wobei die erzeugte Rampe einen nachgeschalteten Transistor TD kontrolliert langsam einschaltet, so daß sich eine Anstiegsflanke zum Triggerzeitpunkt von gewünscht beispielsweise zwischen 100 bis 200 µsec ergibt als Zeitverzögerung t, bis der durch den Verlauf der jeweiligen Halbwelle vorgegebene Maximalstrom durch die Last RS erreicht ist. Der Laststrom fließt dabei über einen dem Leistungstransistor TD nachgeschalteten Brückengleichrichter D, wobei der Leistungstransistor TD im Brückenquerzweig liegt. Man erkennt, daß der Brückengleichrichter D zum Reihentriac TC für die Last RL parallel liegt. Anstelle des Brückengleichrichters ist es auch möglich, zwei Transistoren jeweils mit einer Diode in Reihe zu verwenden.Different from the usual leading edge control circuit gen starts the one generated by the basic control Trigger signal a ramp control RS, the generated ramp a downstream transistor TD turns on slowly so that a Rising edge at the trigger time of desired for example between 100 to 200 µsec gives as Time delay t until through the course of the given maximum current through the respective half-wave Load RS is reached. The load current overflows a downstream of the power transistor TD Bridge rectifier D, the power transistor TD lies in the bridge cross branch. It can be seen that the Bridge rectifier D to series triac TC for the load RL is parallel. Instead of the bridge rectifier it is also possible to use two transistors each to use a diode in series.

Wie eingangs schon erwähnt, kann der Steuerungsverlauf, jeweils abgestimmt auf die verwendeten Schaltungs elemente, in an sich beliebiger Weise erfolgen; so ist es möglich, nach Starten der Rampe eine vorgegebene Zeit abzuwarten, beispielsweise durch Ablauf einer Zählschaltung, bis auf den Reihentriac TC umgeschaltet wird, d. h. bis dieser mit seiner steilen Anstiegsflanke getriggert wird - es ist aber auch möglich, das Erreichen des Stromendwertes mittels einer weiteren Logikschaltung festzustellen, wozu dann eine Spannungs sensorschaltung SS vorgesehen ist. Diese erfaßt den Spannungsabfall am Triac TC, und sobald an diesem aufgrund des Durchschaltens des Leistungstransistors TD ein vorgegebener unterer Spannungsgrenzwert erreicht ist, reagiert die Spannungssensorschaltung SS, die im Sinne einer UND-Verknüpfung auch das Triggersignal zugeführt erhält mit der Zündung des Triacs TC über die Triac-Steuerung TS. Anschließend trägt der Triac den Laststrom für die restliche Zeit, d. h. bis zur nächsten Halbwelle der Netzwechselspannung.As already mentioned at the beginning, the control process, each matched to the circuit used elements, done in any way per se; so is it is possible to set a predetermined after starting the ramp Waiting time, for example by expiring a Counter circuit, switched over to the series triac TC will, d. H. until this with its steep rising edge is triggered - but it is also possible that Reaching the final current value by means of another Determine logic circuit, then why a voltage sensor circuit SS is provided. This covers the Voltage drop on the Triac TC, and as soon as on this due to the switching on of the power transistor TD a predetermined lower voltage limit is reached is, the voltage sensor circuit SS, which in the The trigger signal also means an AND operation fed with the ignition of the Triacs TC via the Triac control TS. Then the triac wears the Load current for the rest of the time, d. H. until next Half wave of the AC mains voltage.

Eine solche Grundsteuerung, die darauf abstellt, daß die beiden zueinander parallel und mit der Last in Reihe liegenden elektrischen bzw. elektronischen Schaltungselemente, beim Ausführungsbeispiel der Triac TC einerseits und der parallele Leistungstransistor TD andererseits, in zeitlicher Abfolge auf die Last geschaltet werden, um so dem in seiner Anstiegsflanke langsameren Schaltungselement im Zeitpunkt der Trigge rung den Vortritt zu geben, ist einer Vielzahl von Modifikationen und vorteilhaften Ausgestaltungen zugänglich, wie das Ausführungsbeispiel der Darstellung der Fig. 3 im einzelnen zeigt. Gleiche Elemente wie in Fig. 1 sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeich net; vergleichbare Schaltungsblöcke gestrichelt umrandet und ebenfalls mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Such a basic control, which is based on the fact that the two electrical or electronic circuit elements which are parallel to one another and in series with the load, in the exemplary embodiment the triac TC on the one hand and the parallel power transistor TD on the other, are switched to the load in chronological order, and so on To give priority to the circuit element which is slower in its rising edge at the time of triggering is accessible to a large number of modifications and advantageous refinements, as the exemplary embodiment of the illustration in FIG. 3 shows in detail. The same elements as in Fig. 1 are designated by the same reference numerals; comparable circuit blocks with a dashed border and also provided with the same reference numerals.

Die bevorzugt ohmsche Last RL liegt in Reihe mit dem Triac TC an den Netzeingangsklemmen N1, N2, wobei die Triac-Steuerung TS einen bipolaren Schmitt-Trigger ST1 mit einer vorgegebenen Schaltspannungsquelle von beispielsweise ±10 Volt umfaßt. Der am Verbindungspunkt zwischen der Last RL und dem Triac erfaßte Schalt spannungswert gelangt über den Widerstand R5 auf den Schmitt-Trigger. Über den Widerstand R6 wird der Triac vom Schmitt-Trigger geschaltet, worauf weiter unten noch eingegangen wird.The preferred ohmic load RL is in series with the Triac TC at the network input terminals N1, N2, the Triac control TS a bipolar Schmitt trigger ST1 with a given switching voltage source of includes, for example, ± 10 volts. The one at the connection point Switch detected between the load RL and the triac voltage value passes through resistor R5 Schmitt trigger. The triac is connected via resistor R6 switched by the Schmitt trigger, what follows below is still received.

Parallel zu den Triac-Anschlußklemmen liegt die Diodengleichrichterschaltung D, bestehend aus der Diodenbrücke D1, D2, D3 und D4, mit einer Leistungs transistorschaltung im Brückenquerzweig, die aus einem Vortransistor TV als Kollektorstufe und einem nach geschalteten Darlington-Transistor TD' besteht, mit einem Widerstand R1 im Emitterkreis. Die Grundsteue rung GS für die Gerätefunktion besteht ferner aus einer Triggerschaltung TS1 mit zugeordneten Stromversorgungs elementen aus R4, D6, C1 und Zenerdiode Z3 parallel zur Triggerschaltung TS1, die auch gleich den Schmitt- Trigger ST1 mit Strom versorgen.The is parallel to the triac terminals Diode rectifier circuit D, consisting of the Diode bridge D1, D2, D3 and D4, with one power transistor circuit in the bridge cross branch, which consists of a Pre-transistor TV as a collector stage and one after switched Darlington transistor TD ', with a resistor R1 in the emitter circuit. The property tax tion GS for the device function also consists of a Trigger circuit TS1 with assigned power supply elements from R4, D6, C1 and Zener diode Z3 parallel to Trigger circuit TS1, which is also the Schmitt Power trigger ST1.

Es ergibt sich dann die folgende Funktion. Die Trigger schaltung TS1 erzeugt zum vorgegebenen Zeitpunkt das Triggersignal und führt dieses einem Optokoppler OK zu, bestehend aus der Fotodiode PD und dem Fototransistor PT. Aufgrund des Triggersignals wird der Fototransistor in seinen Sperrzustand geschaltet, so daß sich ein Ladekreis für den Kondensator C im Ansteuerkreis für den Fototransistor TV in Verbindung mit dem Widerstand R in Form eines RC-Gliedes ergibt, wobei die Spannungs versorgung über die Diode D5 in Reihe mit dem Wider stand R3 und parallel über die Zenerdiode ZD1 mit Kondensator C2 zur Stabilisierung aus dem Netz vor genommen wird. The following function then results. The triggers circuit TS1 generates the at the specified time Trigger signal and feeds it to an optocoupler OK, consisting of the photodiode PD and the phototransistor PT. Due to the trigger signal, the photo transistor switched to its locked state, so that a Charging circuit for the capacitor C in the control circuit for the photo transistor TV in connection with the resistor R in the form of an RC element, the voltage supply via diode D5 in series with the resistor stood R3 and in parallel via the Zener diode ZD1 Capacitor C2 for stabilization from the network is taken.

Hierdurch kommt es zu einem gesteuerten Stromanstieg im Bereich des Leistungstransistors TD, nämlich an der Basis des Vortransistors TV, wobei vom exponentiellen Spannungsanstieg am Ladekondensator C lediglich ein linearer Anfangsbereich (beispielsweise das erste Viertel des Kurvenverlaufs des Spannungsanstiegs am RC- Glied) ausgenützt wird. Dies bewirkt das Durchschalten des Darlington-Transistors TD', wobei die ganze Schaltung als gesteuerte Stromquelle wirkt und einen kontinuierlichen Stromanstieg über die Diodenbrücke D gewährleistet, was mit anderen Worten bedeutet, daß sich entsprechend dem Kurvenverlauf der Fig. 2 eine Anstiegsflanke B des Stroms durch die Last RL als Spiegelbild des Spannungsanstiegs über dem Kondensator C ergibt.This results in a controlled current increase in the area of the power transistor TD, namely at the base of the pre-transistor TV, only a linear initial area (for example the first quarter of the curve of the voltage rise on the RC element) being used by the exponential voltage rise at the charging capacitor C. This causes the Darlington transistor TD 'to be switched on, the entire circuit acting as a controlled current source and ensuring a continuous current rise via the diode bridge D, which in other words means that, in accordance with the curve of FIG. 2, there is a rising edge B of the current the load RL is a mirror image of the voltage rise across the capacitor C.

Dabei sind die Stromverlaufskurven entsprechend Fig. 2 wie folgt zu verstehen:
Stromverlauf A entspricht wie üblich der Formel
Here, the current characteristic curves corresponding to Fig 2 understood as follows.:
Current curve A corresponds to the formula as usual

und
folgt der Netzspannung,
Stromanstieg B entspricht der gesteuerten Rampe wie soeben erläutert mit beispielsweise Δt ≈ 100 µsec, und Stromanstieg C ergibt sich bei Ansteuerung des Triacs allein zu Δt' ≈ 5 µsec.and
follows the mains voltage,
Current increase B corresponds to the controlled ramp as just explained with, for example, Δt ≈ 100 µsec, and current increase C results when the triac is activated alone at Δt '≈ 5 µsec.

Der kontinuierliche Stromanstieg so, wie er sich durch Vorabtriggerung des Leistungstransistors TD entspre chend Fig. 2 ergibt - die Darstellung der Fig. 2 zeigt die Verhältnisse natürlich dennoch stark verzerrt im zeitlichen Verhältnis zur Netzhalbwelle zum besseren Verständnis -, führt zu einem entsprechenden Spannungs abfall über dem Triac TC, der über dem Widerstand R5 vom bipolaren Schmitt-Trigger ST1 erfaßt wird, der daher dann sein (nachfolgendes) Triggersignal über R6 dem Gate des Triacs TC zuleitet, wenn seine Schalt schwelle von beispielsweise ±10 Volt unterschritten wird. In diesem Moment schaltet der Triac TC durch und übernimmt aufgrund seiner wesentlich geringeren Sättigungsspannung (oder geringerem innerem Widerstand) den Laststrom vollständig, wobei es im übrigen aber auch (sinnvollerweise) zu einer Abschaltung des nunmehr lediglich noch parallel mit geringem Strom beauf schlagten Leistungstransistors TD kommt, indem, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, entweder das Triggersignal vom Schmitt-Trigger ST1 zum Triac gleichzeitig zur "Wiedereinschaltung" des Optokopplers OK ausgenutzt wird oder indem nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit der Leistungstransistor in geeigneter Weise abgeschaltet wird, was sich aus dem Energie integral über dem Transistor ergibt, damit dieser nicht überlastet wird.The continuous current rise, as it results from pretriggering of the power transistor TD accordingly in FIG. 2 - the illustration in FIG. 2 shows the conditions, of course, nevertheless strongly distorted in relation to the network half-wave for better understanding - leads to a corresponding voltage drop the triac TC, which is detected via the resistor R5 by the bipolar Schmitt trigger ST1, which therefore supplies its (subsequent) trigger signal via R6 to the gate of the triac TC when its switching threshold falls below, for example, ± 10 volts. At this moment, the triac TC switches through and, due to its significantly lower saturation voltage (or lower internal resistance), takes over the load current completely, but otherwise (expediently) there is also a shutdown of the power transistor TD, which is now only acted upon in parallel with low current , by, which is not shown in the drawing, either the trigger signal from the Schmitt trigger ST1 to the triac is simultaneously used for "reclosing" the optocoupler OK or by the power transistor being switched off in a suitable manner after a predetermined time, which results from the Energy is integral to the transistor so that it is not overloaded.

Claims

1. Method for power control of electrical consumers connected to an alternating voltage, wherein in series with the consumer an electrical or electronic switching element, preferably triac, which is conductive for alternating voltage in both directions, is switched and the power control is performed on the consumer by the predetermined angle of the phase gating , characterized in that a further electrical or electronic circuit element (TD) is arranged parallel to the first series switching element (triac TC), which is however first controlled in a controlled manner at the trigger time determined by the device control (GS) and its current flow at the latest when a predetermined threshold current through the load (RL) or a threshold voltage to the load or triac is essentially taken over by the first circuit element.

2. The method according to claim 1, characterized in that that from the device control (GS) generated a trigger signal with specified edge controls ramped up Current rise through the further circuit element (TD) causes, at the time of reaching of the feeding curve for the respective curve Mains voltage possible maximum value of the load current to the parallel first circuit element (triac TC) is switched.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the rising slope of the im Phase gating time switched on Ver consumer current is dimensioned so that, coordinated on extent of load and trigger time, respectively minimal harmonic interference voltages arise.

4. The method according to claim 3, characterized in that the slope as a function of the trigger is changed at the time.

5. Device for power control from on AC supply network connected electrical consumers, being in line with the Consumer one for AC in both Directions conductive electrical or electronics cal circuit element, preferably triac, is switched and by the predetermined angle of the phase control the power control on Consumer takes place, characterized in that the triac connected in series with the load (RL) (TC) another conductive in both directions Circuit element (power transistor TD) par allel is switched and that first and further Circuit element staggered in time are controlled so that the current is switching rising edge range up to one given threshold of current through the load is guided by the further circuit element, while the rest of the current flow until decay the respective half wave over the first scarf tion element (Triac TC) flows.

6. The device according to claim 5, characterized in net that a ramp control (R5) is provided, that upon receipt of the trigger signal from the bottom control for the device function a time scarf device controls the current flow through the further circuit element to form a controlled power source run up in a controlled manner leaves with a given rising edge up to Acceptance of the load current by the parallel first Circuit element (Triac TC).

7. The device according to claim 5 or 6, characterized characterized that the ramp control (RS) on Timing element (RC element) includes one in the control circuit Pre-transistor (TV) to a downstream Darlington power transistor (TD '), whose Outputs in the shunt arm of a rectifier diode bridge (D1, D2, D3, D4), the other Connection points with the two connections of the Triacs are connected.

8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that a voltage sensor circuit for subsequent triggering of the as first circuit element trained triacs (TC) is provided, the voltage drop across the Triac (TC) recorded and before falling below given limit values in both directions Triac (TC) for current transfer through the load triggers.

9. The device according to claim 8, characterized in net that after the current is drawn by the triac Power transistor (TV, parallel to the triac (TC) TD ') switched off or at the latest after the lapse of time depending on the energy integral above the Power transistor is blocked.

10. The device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the triac control (TS) comprises a bipolar Schmitt trigger (ST1), which in the sense of an AND gate after receipt of the Trigger signal for controlling the power transistor the subsequent falling below the Voltage threshold at the triac (TC) in both Switching directions detected and then the following generating trigger signal for the triac.